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Concept
Énergie potentielle de convection disponible
Résumé
L'énergie potentielle de convection disponible (EPCD), en anglais convective available potential energy (CAPE), est l'énergie potentielle par unité de masse qu'a une parcelle d'air plus chaude que son environnement, ce qui se traduit par une poussée d'Archimède ascensionnelle. Cela se produit dès qu'on dépasse le niveau de convection libre de la masse d'air. L'EPCD se mesure en joules par kilogramme (J/kg) ou, ce qui est équivalent mais moins couramment utilisé, en mètres carrés par seconde carrée (m/s).
Une parcelle d'air chauffée à une température supérieure à l'air ambiant est moins dense que ce dernier et subira une accélération verticale. Sa propre température varie selon la loi des gaz parfaits () tout au long de son ascension. La parcelle continuera sa montée jusqu'à ce qu'elle atteigne une altitude où sa température égale celle de l'air ambiant. Il y aura ensuite décélération si elle devient plus froide car elle devient alors plus dense que l'environnement. On calcule l'énergie accumulée par la parcelle entre le début de la montée et le point où la parcelle redevient de même température que l'environnement par l'intégrale de l'aire entre les deux courbes de température virtuelle (incluant l'effet de l'humidité) :
Puisque cette énergie potentielle se transforme en mouvement, on peut donc calculer la vitesse maximale du courant ascendant créé en égalant l'EPCD à l'équation de l'énergie cinétique par unité de masse (Ec). Ceci n'est valide que dans le cas sans friction et sans mélange avec l'air ambiant :
Donc :
En pratique, à cause de l'entraînement atmosphérique, la vitesse maximale des courants ascendants doit être divisée par 2
et l'on obtient alors :
Ainsi, avec un EPCD est de (qui est une valeur extrême), la vitesse maximale du courant ascendant serait de qui est une valeur raisonnable eu égard aux circonstances. Comme l'EPCD est plus généralement de l'ordre de et une valeur moyenne de correspond à ce qui est aussi une valeur raisonnable pour un orage d'intensité moyenne.
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